WO2010031604A1 - Vorrichtung zum abdichten eines lagergehäuses eines abgasturboladers - Google Patents

Vorrichtung zum abdichten eines lagergehäuses eines abgasturboladers Download PDF

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WO2010031604A1
WO2010031604A1 PCT/EP2009/056171 EP2009056171W WO2010031604A1 WO 2010031604 A1 WO2010031604 A1 WO 2010031604A1 EP 2009056171 W EP2009056171 W EP 2009056171W WO 2010031604 A1 WO2010031604 A1 WO 2010031604A1
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rotor
groove
sealing ring
guided
bearing housing
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PCT/EP2009/056171
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Dominique Bochud
Tobias Gwehenberger
Joel Schlienger
Christoph Häge
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Abb Turbo Systems Ag
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Publication date
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/55—Seals

Definitions

  • the invention relates to the field of exhaust gas turbochargers.
  • It relates to a device for sealing a bearing housing of an exhaust gas turbocharger according to the preamble of claim 1 and an exhaust gas turbocharger according to claim 5 with such a device.
  • an exhaust gas turbocharger the exhaust gases of an internal combustion engine are used for compression for the combustion air supplied to the internal combustion engine.
  • the turbocharger on a rotor with a turbine and a compressor sitting on a common shaft of the rotor.
  • the exhaust gases of the internal combustion engine are relaxed in the turbine and converted into rotational energy.
  • the obtained rotational energy is transmitted by means of the shaft to the compressor, which compresses the air supplied to the internal combustion engine.
  • a portion of the rotor is rotatably guided in a bearing housing on axial and radial bearings, which bearings are lubricated with a lubricant, in particular oil.
  • a lubricant in particular oil.
  • the section of the rotor mounted in the bearing housing is guided out of the bearing housing via two seals, one of which is the one
  • the sealing of the lubricant receiving bearing housing of the exhaust gas turbocharger toward the turbine shaft can be done with a designed as a piston ring seal ring, which is arranged with axial and radial play in a run around the axis of rotation of the rotor, annular groove of the rotor and clamped with bias in a seat of the bearing housing is.
  • a piston ring seal ring which is arranged with axial and radial play in a run around the axis of rotation of the rotor, annular groove of the rotor and clamped with bias in a seat of the bearing housing is.
  • Requirement may also be provided two or more sealing rings, which are also generally formed in each case as a piston ring and clamped with bias in other seats of the housing.
  • the device according to EP 1 507 106 B1 has a sealing ring designed as a piston ring with two regions of different materials, wherein the first region is made of a soft, easily abradable material and a Gleitf kaue, which cooperates with a rotor of the supercharger, and a second region is made of a high temperature resistant material.
  • a sealing ring has the advantage that it permanently enables the area required for the sealing ring to be clamped in a bearing housing of the supercharger with the region of highly heat-resistant material and at the same time optimally supports the desired grinding process between the sealing ring and the rotor with the region of soft, easily abradable material.
  • DE 1 247 097 B and EP 1 536 167 A1 describe shaft seals with a sealing ring mounted in a groove, in which the heat input into the sealing ring is reduced by a small dimensioned end face of the sealing ring (DE 1 247 097 B: column 1, lines 40 to 47 and Fig. 1.
  • EP 1 536 167 A1 column 10, paragraphs [0082] and [0083]).
  • the object is to provide a device for sealing a bearing housing of an exhaust gas turbocharger of the type mentioned and an exhaust gas turbocharger with such a device, which is difficult under Operating conditions of the loader characterized by high reliability and a long service life.
  • the exhaust gas turbocharger facing edge of a groove is formed annularly guided around the axis recess, the recess is bounded radially outwardly by an annular body molded into the rotor, the annular body forms a portion of a Outer surface of the rotor and the ring body has a to the outer surface subsequent, radially aligned annular edge, which serves to reduce the size of a grinding surface, which is formed when striking the sealing ring to the groove flank.
  • the reduced grinding surface keeps the heat input into the sealing ring small.
  • Heat input into the sealing ring can occur when the sealing ring abuts the turbine-side flank of the groove mounted on a rotor of the supercharger and in this case by a grinding process frictional heat from the rotor is entered via the grinding surface formed during abutment in the sealing ring.
  • An abutment of the sealing ring on the turbine-side groove flank is possible if the pressure of an exhaust gas of an internal combustion engine-containing mass flow on the turbine side of the exhaust gas turbocharger is lower than the pressure in the bearing housing, as is the case with an idling internal combustion engine.
  • the groove flank can be easily manufactured and is achieved by the special design of the groove flank a large distance between the bottom of the groove and the annular edge. In this way, a good guidance of the sealing ring is ensured in the groove and at the same time prevents dirt from a mass flow passed in the turbocharger passes into the groove because of the radially outwardly displaced annular edge.
  • Fig. 1 is a plan view of an axially guided section through a
  • FIG. 2 is an enlarged representation of a shaft seal shown in FIG. 1, designed according to the prior art, before the beginning of a grinding process
  • FIG. 2 is an enlarged view of an exhaust gas turbocharger shown in FIG.
  • Fig. 1 shows schematically a partial view of an exhaust gas turbocharger with a fixedly arranged housing G and a rotatable about an axis A rotor R.
  • a fixed on a shaft 3 compressor wheel 1 of an exhaust gas turbocharger is indicated.
  • the shaft 3 in turn is connected to a turbine wheel 2 of the exhaust gas turbocharger on the right side.
  • the turbine wheel 2 comprises vanes, not shown, via which it is driven by an exhaust gas flow generated in an internal combustion engine.
  • the compressor wheel also includes blades, not shown.
  • axial and radial bearings L are arranged, which absorb the axial and radial forces occurring in the leadership of the rotor R.
  • the housing G encloses the rotor R and has a housing part 4 designed as a fixed bearing housing, which accommodates the axial and radial bearings L and a section of the rotor R and shields them from remaining housing parts in which the part loaded with the hot exhaust gas
  • Turbine 2 of the exhaust turbine and provided for compressing air compressor wheel 1 are arranged.
  • the axial and radial bearings L are protected from exhaust gas or compressed air containing mass flows, each having high pressure, high temperature and high speed. So that these mass flows can not act in the bearing housing 4 and also no lubricating oil can escape from the bearing housing 4, between the bearing housing 4 and the rotor R two annular guided around the axis of rotation
  • a shaft seals D are arranged, of which one at a portion of Bearing housing 4 is located, through which the rotor is guided in the compressor, and the other at a portion of the bearing housing, through which the rotor is guided in the exhaust gas turbine.
  • a turbine-side arranged shaft seal D according to the prior art is shown schematically in Figures 2 and 3.
  • This seal comprises a sealing ring 5, which is arranged in a ring running around the rotational axis of the groove 22 of the rotor R and formed as a piston ring.
  • the sealing ring 5 and the groove 22 have along the axis of rotation cut each having a predominantly rectangular cross-section.
  • the shaft seal D further comprises a seat 43 arranged on the bearing housing 4, on which the sealing ring is largely gas-tight and liquid-tight with an outwardly directed lateral surface, and a radially extending separation gap T guided annularly about the axis of rotation of the rotor R two superimposed sliding surfaces is limited.
  • the one sliding surface is arranged on one end face 51 of the sealing ring 5, the other on a flank 21 of the groove 22.
  • the superimposed sliding surfaces and the very narrow separation gap T prevent the penetration of the exhaust gas mass flow into the bearing housing 4 and the escape of oil from the bearing housing 4th At the same time, they allow a rotation of the rotor R without the sealing ring 5 fastened to the bearing housing 4 heating in an inadmissible manner as a result of sliding friction.
  • the generally metal sealing ring 5 is introduced during assembly with play in the groove 22. Subsequently, a turbine wheel 2 comprehensive section of the rotor R is inserted from the right in the axial direction in the bearing housing 4. Since the housing 4 narrows continuously along the insertion path at one or more points 42 or else continuously, the sealing ring 5 is subjected to radial prestressing and finally jammed on the seat 43 in the bearing housing 4. When the seal D is put into operation for the first time, a grinding-in process takes place in the separation gap T. The fixed to the bearing housing 4 sealing ring 5 is pressed by the indicated in Fig. 2 with arrows high pressure of the exhaust gas mass flow against the rotating edge 21 of the groove 22 and ground from this as from a grinding wheel.
  • an annular recess is ground with a sliding surface 51 delimiting the separating gap T to the right.
  • an axial stop 41 is provided on the bearing housing 4. The axial stop limits the axial displaceability of the sealing ring 5 and thus improves the sealing effect of the seal D. In the operating state of the turbocharger thus takes place at high pressure of the exhaust gas mass flow in the region of the separation gap T no power transmission in the axial direction. The directed in the direction of arrow force on the sealing ring 5 is counteracted by the axial stop 41.
  • an indentation 26 guided annularly around the axis is formed in the flank 23 of the groove 22.
  • the recess undercuts the groove 22 and is bounded radially outward by an annular body 24 molded into the rotor.
  • the annular body 24 forms a portion of an outer surface of the rotor R and has a radially aligned annular edge 25 adjoining the outer surface. This annular edge reduces the size of a grinding surface, which is formed when the sealing ring 5 abuts the groove flank 23. As a result, the amount of heat formed during the grinding process by sliding friction and registered in the sealing ring 5 is reduced.
  • the annular edge is comparatively blunt in comparison.
  • a cylindrical surface 28 formed in the ring body 24 and guided on the annular edge 25 delimits the recess 26 radially outward.
  • the edge 25 is performed in production technology advantageously in general uninterrupted around the axis of rotation of the rotor R, but may also be formed by paragraphs, which are arranged in the circumferential direction of each other at a distance. They additionally reduce the grinding surface and thus ensure that the heat input in the sealing ring is further reduced.
  • the ring body 24 may also include two or more edges, which are arranged substantially coaxially and separated from each other by a guided around the axis A recess.
  • the seal D also further
  • Seals according to the invention can be provided both on the turbine-side and on the compressor-side bearing housing passage of the rotor. If the requirements for the turbocharger allow, a seal according to the invention can be used only on the turbine side, while the compressor-side rotor bushing can be sealed with a seal according to the prior art. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Vorrichtung dient dem Abdichten eines Lagergehäuses (4) eines Abgasturboladers, aus dem ein Rotor (R) in einen mit einem Massenstrom belasteten Raum des Laders geführt ist. Die Vorrichtung weist einen in einer Nut (22) des Rotors angeordneten Dichtungsring (5) auf, einen auf dem Lagergehäuse (4) angeordneten Sitz (43), auf dem der vorgespannte Dichtungsring (5) mit einer nach aussen weisenden Mantelfläche festgesetzt ist, sowie einen ringförmig um die Drehachse des Rotors geführten, radial erstreckten Trennungsspalt, der von zwei aufeinanderliegenden Gleitflächen begrenzt ist, von denen die erste auf einer ersten Stirnseite (51 ) des Dichtungsrings (5) und die zweite auf einer ersten Flanke (21) der Nut (22) angeordnet ist. Um beim Betrieb des Abgasturboladers durch Anschleifen des Dichtungsrings (5) verursachten Wärmeeintrag in den Dichtungsring (5) zu reduzieren, ist in die zweite Flanke (23) der Nut (22) eine ringförmig um die Achse (A) geführte Vertiefung (26) eingeformt, ist die Vertiefung (26) radial nach aussen durch einen in den Rotor ( R) eingeformten Ringkörper (24) begrenzt, bildet der Ringkörper (24) einen Abschnitt einer Aussenfläche des Rotors ( R) und weist der Ringkörper eine an die Aussenfläche sich anschliessende, radial ausgerichtete Ringkante (25) auf, welche der Reduktion der Grosse einer Anschleiffläche dient, die beim Anschlagen des Dichtungsrings (5) an die zweite Nutflanke (23) entsteht.

Description

Vorrichtung zum Abdichten eines Lagergehäuses eines Abgasturboladers
B E S C H R E I B U N G
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Abgasturboladern.
Sie betrifft eine Vorrichtung zum Abdichten eines Lagergehäuses eines Abgasturboladers nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie einen Abgasturbolader nach Anspruch 5 mit einer solchen Vorrichtung.
Bei einem Abgasturbolader werden die Abgase einer Brennkraftmaschine zur Verdichtung für die der Brennkraftmaschine zugeführte Verbrennungsluft genutzt. Dazu weist der Turbolader einen Rotor mit einer Turbine und einen Verdichter auf, die auf einer gemeinsamen Welle des Rotors sitzen. Die Abgase der Brennkraftmaschine werden in der Turbine entspannt und in Drehenergie umgewandelt. Die gewonnene Drehenergie wird mittels der Welle auf den Verdichter übertragen, welcher die der Brennkraftmaschine zugeführte Luft verdichtet. Durch die Verwendung der Energie der Abgase zur Verdichtung der dem Verbrennungsprozess in der Brennkraftmaschine zugeführte Luft können der Verbrennungsprozess und die Energieausbeute der Brennkraftmaschine optimiert werden.
Ein Abschnitt des Rotors ist in einem Lagergehäuse auf Axial- und Radiallagern drehbar geführt, welche Lager mit einem Schmiermittel, insbesondere Öl, geschmiert werden. Um ein Austreten des Schmiermittels in Richtung Turbine oder Verdichter zu verhindern, ist der im Lagergehäuse gelagerte Abschnitt des Rotors über zwei Dichtungen aus dem Lagergehäuse geführt, von denen die eine das
Lagergehäuse in Richtung Turbine und die andere in Richtung Verdichter abdichtet. Die Abdichtung des Schmiermittel aufnehmenden Lagergehäuses des Abgasturboladers hin zur Turbinenwelle kann mit einem als Kolbenring ausgeführten Dichtungsring erfolgen, der mit axialem und radialem Spiel in einer um die Drehachse des Rotors geführten, ringförmigen Nut des Rotors angeordnet ist und mit Vorspannung in einen Sitz des Lagergehäuse eingeklemmt ist. Je nach
Anforderung können auch zwei und mehr Dichtungsringe vorgesehen sein, welche im allgemeinen ebenfalls jeweils als Kolbenring ausgebildet und mit Vorspannung in weitere Sitze des Gehäuses eingeklemmt sind. Durch den Druckunterschied zwischen dem Abgasmassenstrom, welcher die Turbine antreibt, und dem Druck im Schmiermittelraum des Lagergehäuses kommt es im Betrieb des Turboladers zu einer Verschiebung des Dichtungsrings und damit zu einem Einschleifen dieses Rings in der ringförmigen Nut in Richtung des Verdichters. Durch dieses Einschleifen wird die Dichtigkeit des Lagergehäuses verbessert. Das Einschleifen des Dichtungsrings erfolgt solange, bis dieser Ring an einer umlaufenden Kante im Sitz des Lagergehäuses ansteht.
Stand der Technik
Als Wellendichtungen zum Abdichten des Lagergehäuses eines Abgasturboladers ausgeführte Vorrichtungen der vorgenannten Art sind beschrieben in EP 1 130 220 A und EP 1 507 106 B1. Bei der Wellendichtung nach EP 1 130 220 A ist ein Dichtungsring in einer Nut eines Rotors gelagert. Während des Betriebs des Abgasturboladers schlägt der Dichtungsring mit einer Stirnfläche an einer Flanke der Nut an. Ein zwischen den beiden relativ zueinander rotierenden Flächen gebildeter Trennungspalt dichtet den Druckluft aufnehmenden Verdichter und das Öl enthaltende Lager des Turboladers weitgehend luft- und öldicht gegeneinander ab. Nuten, die in den Dichtungsring, und Rippen, die in den Grund der Nut eingeformt sind, bilden mehrere, nach Art eines Labyrinths angeordnete Dichtungsflächen und verbessern die Dichtigkeit der Wellendichtung.
Die Vorrichtung nach EP 1 507 106 B1 weist einen als Kolbenring ausgeführten Dichtungsring mit zwei Bereichen aus unterschiedlichen Materialien auf, wobei der erste Bereich aus einem weichen, leicht abschleifbaren Material gefertigt ist und eine Gleitfäche aufweist, die mit einem Rotor des Laders zusammenwirkt, und ein zweiter Bereich aus einem hochwarmfesten Material gefertigt ist. Ein solcher Dichtungsring hat den Vorteil, dass er mit dem Bereich aus hochwarmfestem Material die zum Verklemmen des Dichtungsrings in einem Lagergehäuse des Laders geforderte Radialvorspannung dauerhaft ermöglicht und gleichzeitig mit dem Bereich aus weichem, leicht abschleifbarem Material den gewünschten Einschleifprozess zwischen Dichtungsring und Rotor optimal unterstützt.
DE 1 247 097 B und EP 1 536 167 A1 beschreiben Wellendichtungen mit einem in einer Nut gelagerten Dichtungsring, bei denen der Wärmeeintrag in den Dichtungsring durch eine gering bemessene Stirnfläche des Dichtungsrings reduziert wird (DE 1 247 097 B: Spalte 1 , Zeilen 40 bis 47 und Fig.1 ; EP 1 536 167 A1 : Spalte 10, Absätze [0082] und [0083]).
Kurze Darstellung der Erfindung Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen 1 bis 5 definiert ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Abdichten eines Lagergehäuses eines Abgasturboladers der eingangs genannten Art sowie einen Abgasturbolader mit einer solchen Vorrichtung zu schaffen, welche sich auch unter erschwerten Betriebsbedingungen des Laders durch grosse Zuverlässigkeit und eine hohe Lebensdauer auszeichnen.
Bei der als Dichtung wirkenden Vorrichtung nach der Erfindung ist in eine der Turbine das Abgasturboladers zugewandte Flanke einer Nut eine ringförmig um die Achse geführte Vertiefung eingeformt, ist die Vertiefung radial nach aussen durch einen in den Rotor eingeformten Ringkörper begrenzt, bildet der Ringkörper einen Abschnitt einer Aussenfläche des Rotors und weist der Ringkörper eine an die Aussenfläche sich anschliessende, radial ausgerichtete Ringkante auf, welche der Reduktion der Grosse einer Anschleiffläche dient, die beim Anschlagen des Dichtungsrings an die Nutflanke entsteht.
Die reduzierte Anschleiffläche hält den Wärmeeintrag in den Dichtungsring klein. Wärmeeintrag in den Dichtungsring kann entstehen, wenn der Dichtungsring an der turbinenseitigen Flanke der auf einem Rotor des Laders angebrachten Nut anschlägt und hierbei durch einen Schleifprozess Reibungswärme vom Rotor über die beim Anschlagen gebildete Anschleiffläche in den Dichtungsring eingetragen wird. Ein Anschlagen des Dichtungsrings an der turbinenseitigen Nutflanke ist möglich, wenn der Druck eines Abgase einer Brennkraftmaschine enthaltenden Massenstroms auf der Turbinenseite des Abgasturboladers geringer ist als der Druck im Lagergehäuse, wie dies bei einer im Leerlauf betriebenen Brennkraftmaschine der Fall ist. Dadurch, dass die Anschleiffläche klein gehalten ist, wird die Reibung zwischen dem Rotor und dem Dichtungsring reduziert und lediglich eine geringe Wärmemenge in den Dichtungsring eingetragen, wodurch eine zusätzliche Belastung des Dichtungsrings vermieden wird. Zudem kann die Nutflanke einfach gefertigt werden und wird durch die spezielle Ausbildung der Nutflanke ein grosser Abstand zwischen dem Grund der Nut und der Ringkante erreicht. Hierdurch ist eine gute Führung des Dichtungsrings in der Nut sichergestellt und wird zugleich vermieden, dass Schmutz aus einem im Turbolader geführten Massenstrom wegen der radial nach aussen verlagerten Ringkante in die Nut gelangt.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend sind anhand von Figuren Ausführungsbeispiele der Vorrichtung zum Abdichten des Lagergehäuses des Abgasturboladers nach der Erfindung schematisch dargestellt und näher erläutert. In allen Figuren sind gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt:
Fig. 1 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch einen
Abgasturbolader, in dem eine umrandet dargestellte und als Wellendichtung wirkende Vorrichtung eingebaut ist, Fig. 2 in vergrösserter Darstellung eine in Fig.1 umrandet dargestellte, nach dem Stand der Technik ausgeführte Wellendichtung vor Beginn eines Einschleifprozesses,
Fig. 3 die Wellendichtung nach Fig. 2 im Betriebszustand nach Abschluss des
Einschleifprozesses, und Fig. 4 bis 6 in vergrösserter Darstellung jeweils eine von drei Ausführungsformen der in Fig.1 umrandet dargestellte Wellendichtung nach der Erfindung.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt schematisch eine Teilansicht eines Abgasturboladers mit einem feststehend angeordneten Gehäuse G und einem um eine Achse A drehbaren Rotor R. Auf der linken Seite des Rotors R ist ein auf einer Welle 3 befestigtes Verdichterrad 1 eines Abgasturboladers angedeutet. Die Welle 3 wiederum ist mit einem Turbinenrad 2 des Abgasturboladers auf der rechten Seite verbunden. Das Turbinenrad 2 umfasst nicht dargestellte Schaufeln, über die es von einem in einem Verbrennungsmotor erzeugten Abgasstrom angetrieben wird. Das Verdichterrad umfasst ebenfalls nicht dargestellte Schaufeln.
Im Bereich zwischen den beiden Rädern sind lediglich schematisch dargestellte Axial- und Radiallager L angeordnet, welche die bei der Führung des Rotors R auftretenden axialen und radialen Kräfte aufnehmen.
Das Gehäuse G umschliesst den Rotor R und weist ein als feststehendes Lagergehäuse ausgebildetes Gehäuseteil 4 auf, welches die Axial- und Radiallager L und einen Abschnitt des Rotors R aufnimmt und gegenüber verbleibenden Gehäuseteilen abschirmt, in denen das mit dem heissen Abgas belastete
Turbinenrad 2 der Abgasturbine und das zum Verdichten von Luft vorgesehene Verdichterrad 1 angeordnet sind. Die Axial- und Radiallager L werden so vor Abgas oder Druckluft enthaltenden Massenströmen geschützt, die jeweils hohen Druck, hohe Temperatur und hohe Geschwindigkeit aufweisen. Damit diese Massenströme nicht im Lagergehäuse 4 wirken können und zudem auch kein Schmieröl aus dem Lagergehäuse 4 entweichen kann, sind zwischen dem Lagergehäuse 4 und dem Rotor R zwei ringförmig um die Drehachse A geführte Wellendichtungen D angeordnet, von denen sich die eine an einem Abschnitt des Lagergehäuses 4 befindet, durch den der Rotor in den Verdichter geführt ist, und die andere an einem Abschnitt des Lagergehäuses, durch den der Rotor in die Abgasturbine geführt ist. Eine turbinenseitig angeordnete Wellendichtung D nach dem Stand der Technik ist in den Figuren 2 und 3 schematisch dargestellt. Diese Dichtung umfasst einen Dichtungsring 5, der in einer ringförmig um die Drehachse laufenden Nut 22 des Rotors R angeordnet und als Kolbenring ausgebildet ist. Der Dichtungsring 5 und die Nut 22 weisen längs der Drehachse geschnitten jeweils vorwiegend rechteckigen Querschnitt auf. Die Wellendichtung D umfasst ferner einen auf dem Lagergehäuse 4 angeordneten Sitz 43, auf der der Dichtungsring mit einer nach aussen weisenden Mantelfläche weitgehend gas- und flüssigkeitsdicht festgesetzt ist, und einen ringförmig um die Drehachse des Rotors R geführten, radial erstreckten Trennungsspalt T, der von zwei aufeinanderliegenden Gleitflächen begrenzt ist. Die eine Gleitfläche ist auf einer Stirnseite 51 des Dichtungsrings 5 angeordnet, die andere auf einer Flanke 21 der Nut 22. Die aufeinanderliegenden Gleitflächen und der sehr schmale Trennungsspalt T verhindern das Eindringen des Abgasmassenstroms ins Lagergehäuse 4 und das Austreten von Öl aus dem Lagergehäuse 4. Zugleich ermöglichen sie eine Drehung des Rotors R, ohne dass sich der am Lagergehäuse 4 festgesetzte Dichtungsring 5 infolge Gleitreibung in unzulässiger Weise erwärmt.
Der im allgemeinen metallene Dichtungsring 5 wird bei der Montage mit Spiel in die Nut 22 eingebracht. Anschliessend wird ein das Turbinenrad 2 umfassender Abschnitt des Rotors R von rechts in axialer Richtung in das Lagergehäuse 4 eingeschoben. Da sich das Gehäuse 4 entlang dem Einschubweg an einer oder mehreren Stellen 42 oder aber kontinuierlich verengt, wird der Dichtungsring 5 mit radialer Vorspannung beaufschlagt und schliesslich am Sitz 43 im Lagergehäuse 4 verklemmt. Bei der ersten Inbetriebnahme der Dichtung D, kommt es im Trennungsspalt T zu einem Einschleifprozesses. Der am Lagergehäuse 4 festgesetzte Dichtungsring 5 wird dabei durch den in Fig. 2 mit Pfeilen angedeuteten hohen Druck des Abgasmassenstroms gegen die rotierende Flanke 21 der Nut 22 gepresst und von dieser wie von einer Schleifscheibe abgeschliffen. In die ehemals plane Stirnfläche des Dichtungsrings ist eine ringförmige Vertiefung eingeschliffen mit einer den Trennspalt T nach rechts begrenzenden Gleitfläche 51. Um zu verhindern, dass der Dichtungsring 5 nach Abschluss des Einschleifprozesses bei fortlaufendem Betrieb zu tief abgeschliffen oder gar durchgescheuert ist, ist am Lagergehäuse 4 ein Axialanschlag 41 vorgesehen. Der Axialanschlag begrenzt die axiale Verschiebbarkeit des Dichtungsrings 5 und verbessert so die Dichtwirkung der Dichtung D. Im Betriebszustand des Turboladers findet somit bei hohem Druck des Abgasmassenstroms im Bereich des Trennspalts T keine Kraftübertragung in axialer Richtung statt. Der in Pfeilrichtung gerichteten Kraft auf den Dichtungsring 5 wird vom Axialanschlag 41 entgegengewirkt.
Bei der Montage des Rotors R mit dem vormontierten Dichtungsring 5 kann es vorkommen, dass der Dichtungsring 5 an einer der Abgasturbine zugewandten Flanke 23 der Nut 22 anliegt. Bei geringem Druck des Abgasmassenstroms, insbesondere bei Motorleerlauf, kann dies zum Einschleifen des Dichtungsrings auf seiner mit dem Bezugszeichen 52 gekennzeichneten Stirnfläche führen, was zu einem zusätzlichen Wärmeeintrag beiträgt. Eine hierbei auftretende Anschleiffläche ist durch die Grosse der aufeinanderliegenden und mit Gleitreibung belasteten ringförmigen Flächenabschnitte von Stirnfläche 52 und Flanke 23 bestimmt.
Bei den erfindungsgemässen Ausführungsformen der Wellendichtung gemäss den Figuren 4 bis 6 ist in die Flanke 23 der Nut 22 jeweils eine ringförmig um die Achse geführte Vertiefung 26 eingeformt. Die Vertiefung hinterschneidet die Nut 22 und ist radial nach aussen durch einen in den Rotor eingeformten Ringkörper 24 begrenzt. Der Ringkörper 24 bildet einen Abschnitt einer Aussenfläche des Rotors R und weist eine an die Aussenfläche sich anschliessende, radial ausgerichtete Ringkante 25 auf. Diese Ringkante reduziert die Grosse einer Anschleiffläche, die beim Anschlagen des Dichtungsrings 5 an die Nutflanke 23 entsteht. Hierdurch wird die beim Schleifprozess durch Gleitreibung gebildete und in den Dichtungsring 5 eingetragene Wärmemenge reduziert. Zugleich besteht ein vergleichsweise grosser Abstand zwischen dem Grund der Nut 22 und der Ringkante 25 und wird so eine gute Zentrierung des Dichtungsrings in der Nut sichergestellt und damit ein Aufsetzen des Dichtungsrings 5 auf dem Rotor R vermieden. Wegen der vom Nutgrund radial nach aussen verlagerten Ringkante 25 wird zugleich auch das
Eindringen von Schmutz aus einem im Turbolader geführten Massenstrom in die Nut 22 vermieden. Aus den Figuren 4 und 5 ist ersichtlich, dass eine für bestimmte Einsätze des Abgasturboladers vorteilhafte scharfe Ringkante 25 vorhanden ist, wenn die Vertiefung 26 radial nach aussen durch eine in den Ringkörper 24 eingeformte, an die Ringkante 25 geführte konische Anschrägung 27 begrenzt ist. Die konische Anschrägung 27 ist hierbei von einem radial geführten Abschnitt der Flanke 23 (Fig.4) oder dem Grund der Nut 22 an die Ringkante 25 geführt.
Bei einer für andere Einsätze vorteilhaften Ausführungsform des Abgasturboladers ist die Ringkante demgegenüber vergleichsweise stumpf. Wie Fig.6 entnommen werden kann, begrenzt bei dieser Ausführungsform eine in den Ringkörper 24 eingeformte, an die Ringkante 25 geführte Zylinderfläche 28 die Vertiefung 26 radial nach aussen.
Die Kante 25 ist in fertigungstechnisch vorteilhafter weise im allgemeinen unterbrechungsfrei um die Drehachse des Rotors R geführt, kann aber auch von Absätzen gebildet sein, die im Umfangsrichtung voneinander mit Abstand angeordnet sind. Sie reduzieren die Anschleiffläche zusätzlich und sorgen so dafür, dass der Wärmeintrag in Dichtungsring weiter verringert wird.
Anstelle nur einer Kante 25 kann der Ringkörper 24 auch zwei oder mehr Kanten enthalten, die im wesentlich koaxial angeordnet und voneinander jeweils durch eine um die Achse A geführte Vertiefung getrennt sind. Anstelle nur eines Dichtungsrings 5 kann die Dichtung D auch weitere
Dichtungsringe 5 aufweisen, die in zusätzlichen Nuten angeordnet und am Lagergehäuse 4 festgesetzt sind.
Dichtungen nach der Erfindung können sowohl an der turbinen- als auch an der verdichterseitigen Lagergehäusedurchführung des Rotors vorgesehen sein. Wenn die Anforderungen an den Turbolader dies zulassen, kann eine Dichtung nach der Erfindung nur turbinenseitig verwendet werden, während die verdichterseitige Rotordurchführung mit einer Dichtung nach dem Stand der Technik abgedichtet werden kann. Bezugszeichenliste
A Drehachse
D Dichtung
G Gehäuse
L Axial- und Radiallager
R Rotor
T Trennungsspalt,
1 Verdichterrad
2 Turbinenrad
21 Nutflanke
22 Nut
23 Nutflanke
24 Anschrägung
25 Kante
26 Vertiefung
27 Anschrägung
28 Zylinderfläche
4 Lagergehäuse
41 Axialanschlag
42 Radialverengung
43 Sitz
5 Dichtungsring
51 , 52 Stirnflächen

Claims

P AT E N TA N S P R Ü C H E
1. Vorrichtung (D) zum Abdichten eines Lagergehäuses (4) eines Abgasturboladers, aus dem ein Rotor (R) in einen mit einem Massenstrom belasteten Raum des Laders geführt ist, umfassend einen in einer Nut (22) des Rotors (R) angeordneten Dichtungsring (5), einen auf dem Lagergehäuse (4) angeordneten Sitz (43), auf dem der vorgespannte Dichtungsring (5) mit einer nach aussen weisenden Mantelfläche festgesetzt ist, und einen ringförmig um die Drehachse (A) des Rotors geführten, radial erstreckten Trennungsspalt (T), der von zwei aufeinanderliegenden Gleitflächen begrenzt ist, von denen die erste auf einer ersten Stirnseite (51 ) des Dichtungsrings (5) und die zweite auf einer ersten Flanke (21 ) der Nut (22) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die zweite Flanke (23) der Nut (22) eine ringförmig um die Achse (A) geführte Vertiefung (26) eingeformt ist, dass die Vertiefung (26) radial nach aussen durch einen in den Rotor ( R) eingeformten Ringkörper (24) begrenzt ist, und dass der Ringkörper (24) einen Abschnitt einer Aussenfläche des Rotors ( R) bildet und eine an die Aussenfläche sich anschliessende, radial ausgerichtete Ringkante (25) aufweist, welche der Reduktion der Grosse einer Anschleiffläche dient, die beim Anschlagen des Dichtungsrings (5) an die zweite Nutflanke (23) entsteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (26) durch eine in den Ringkörper (24) eingeformte und an die Ringkante (25) geführte konische Anschrägung (27) begrenzt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Anschrägung (27) vom Grund der Nut (22) an die Ringkante (25) geführt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (26) durch eine in den Ringkörper (24) eingeformte und an die Ringkante (25) geführte Zylinderfläche (28) begrenzt ist.
5. Abgasturbolader mit einer Vorrichtung (D) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die den Dichtungsring (5) aufnehmende Nut (22) an einem ein Turbinenrad (2) tragenden Abschnitt des Rotors (R) angeordnet ist.
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